Guía completa: El TPU en la impresión 3D

El denominado poliuretano termoplástico (TPU) es un tipo de elastómero que se caracteriza por su alta flexibilidad y durabilidad en la transformación, siendo capaz de soportar fuerzas de compresión y tracción bastante mayores que otros materiales más comunes como el PLA y el ABS. En su composición química encontramos que su adaptabilidad se debe a la presencia de secuencias alternas de segmentos duros y blandos, es decir, que variando la proporción de estos segmentos, la dureza y flexibilidad del material también cambia. Esto afecta a la transparencia de las piezas finales, la suavidad al tacto, o la adherencia de las mismas. El TPU es reciclable, ya que puede moldearse, extruirse y reutilizarse. En general podemos afirmar que el TPU es un polímero muy variado que proporciona una serie de características muy interesantes a las piezas. Además, esto supone una muy buena oportunidad para la impresión 3D de modelos flexibles. Pero, ¿qué debemos tener en cuenta a la hora de usar TPU?

Producción y características del material

Aunque normalmente hablamos de los filamentos de TPU, también lo podemos encontrar en forma de polvo o resina. En términos de propiedades de estos polímeros, debemos saber que cuentan con multitud de ventajas, como su gran resistencia al impacto, al desgaste, a la abrasión y a los cortes. Además, tienen una cohesión de capa bastante avanzada que consigue una homogeneidad mecánica excelente en las piezas fabricadas, haciendo que éstas sean isotrópicas. Sin embargo, este tipo de material tiene ciertos límites que debemos conocer. El TPU no se adapta bien a los entornos calurosos. Este factor llama la atención ya que, a pesar de tener un rango de trabajo amplio, no soportan las altas temperaturas. Además, los ajustes de impresión deberán variar según la tecnología utilizada y la máquina 3D que poseamos. En comparación con el TPE, otro filamento flexible, el TPU se imprime con mayor facilidad y conserva mejor sus propiedades elásticas a temperaturas más bajas. El material TPU ofrece una mayor resistencia a la abrasión y a los aceites y grasas. A diferencia de los termoplásticos más rígidos, el filamento de TPU posee cualidades como la flexibilidad y la capacidad de adaptación y no presenta problemas de deformación ni delaminación durante el proceso de impresión en 3D.

Gracias a su flexibilidad, el TPU se utiliza mucho para fabricar fundas de móviles.

Impresión 3D con filamento de TPU

A la hora de imprimir las piezas con TPU, mediante FDM, sugerimos aplicar una fina capa de pegamento a la cama de impresión, lo cual facilitará la adhesión del material. También se recomienda que la boquilla de extrusión sea de accionamiento directo y que pueda alcanzar una temperatura de entre 210 ºC y 235 ºC para fundir el filamento, aunque dependerá del fabricante. Estos son consejos generales, sin embargo, el éxito del TPU se basará en la configuración de cada impresora 3D y en la calibración adecuada; es por eso que se recomienda realizar pruebas pequeñas con este material antes de poner en marcha impresiones más complejas. Es importante destacar que el sistema de extrusión debe ser capaz de soportar materiales flexibles y compresibles a una temperatura constante de 250 grados.

En cuanto a la fabricación por estereolitografía, el TPU no se recomienda para modelos finos, con paredes delgadas o que simulen materiales de alta elongación. Al configurar el modelo, se recomienda que los modelos tengan la forma final y que se orienten cerca de la plataforma de fabricación, pero no más plana de 20º. Las partes más delgadas y altas tendrán mayor dificultad para imprimir, aunque siempre se puede recurrir a soportes adicionales para garantizar un resultado óptimo. Al ser un material flexible tiene altas posibilidades de atascarse en la boquilla y generar problemas de impresión en las piezas. Los fabricantes de filamento suelen utilizar la función de salto en Z o Z-Hop para evitar la creación de tensiones. Este salto consiste en que la extrusora en vez de crear la siguiente capa en horizontal, se eleva unos centímetros y se desplaza para dar comienzo a la siguiente capa, asegurando que no quede resto de material entre la pieza y la boquilla. 

Créditos: BCN3D

Sin embargo, es importante tener en cuenta que cada máquina y filamento es diferente, por lo que se recomienda realizar pruebas para encontrar el valor de retracción óptimo. Además, es importante señalar que este valor puede variar entre diferentes filamentos de TPU. El TPU no requiere un post-tratamiento obligatorio, pero se pueden realizar ciertas técnicas para mejorar sus propiedades o su apariencia estética. Una opción común es el tratamiento de pulido para suavizar la superficie y eliminar las marcas de capas, lo que puede mejorar la apariencia final del objeto impreso. También se puede aplicar una capa de pintura o recubrimiento para mejorar su resistencia al agua, al polvo y a la suciedad.

Principales aplicaciones

En la industria de la fabricación aditiva, este material abre un mundo de posibilidades a distintos mercados. Para empezar, en el del calzado encontramos la creación de suelas elásticas y en el médico, la fabricación de modelos ortopédicos. Por otra parte, en el sector aeroespacial, el desarrollo de instrumentos o sensores y en el de la automoción, la creación de neumáticos y amortiguadores. También lo podemos encontrar en el deporte, en la fabricación de protectores en equipos de fitness.

El TPU es ideal para piezas de uso final, prototipos funcionales, modelos conceptuales y componentes personalizados. Este tipo de material es muy utilizado, por ejemplo, para producir fundas de teléfonos móviles, ya que permite proteger al dispositivo de golpes y fracturas. 

La cohesión de capas permite conseguir una homogeneidad mecánica excelente. | Créditos: The Lubrizol Corporation

Fabricantes y precio del material

En el mercado actual de fabricación aditiva podemos encontrar grandes actores que ofrecen TPU para crear piezas flexibles. El gigante Ultimaker cuenta con un filamento llamado TPU 95A, que es compatible con sus impresoras 3D Ultimaker S5, Ultimaker 3, Ultimaker 2+ y con la última impresora lanzada por el fabricante, la UltiMaker S7. Según la compañía, el material soporta hasta 580% de alargamiento en la rotura; este filamento está disponible en 4 colores diferentes. 

Otra gran empresa es Formlabs, que el año pasado presentó su denominada “Elastic Resin” para la tecnología SLA. Esta resina cuenta con un durómetro Shore de 50A, además de un alto alargamiento y retorno de energía. El «Shore» se relaciona con la dureza del material utilizado, o en otras palabras, cuán resistente es un material a la indentación. Los números más bajos indican menos resistencia y materiales más blandos. La elasticidad y resistencia de este material permite su utilización en múltiples ciclos. 

Créditos: Formlabs

Sin embargo, también existen otras empresas dedicadas principalmente al desarrollo de estos materiales, como es el caso de Recreus. Esta compañía destaca por la multitud de filamentos de impresión 3D que ofrece actualmente. En concreto, su reconocido filamento FilaFlex surgió de la necesidad de innovar y romper con los límites de la impresión 3D. Ignacio García, CEO de Recreus, afirmó: “Ya era innovadora la propia tecnología de impresión 3D, y añadido a la flexibilidad del material con el que poder crear piezas flexibles, como unas zapatillas, sin duda, demostró el potencial de la fabricación aditiva y de FilaFlex”. Y otras empresas como BASF ofrecen el material en polvo. Cuentan con una línea de polvos TPU a la que llaman Ultrasint® y por ejemplo su TPU01 está diseñada específicamente para las impresoras Multi Jet Fusion de la serie 5200 de HP. El precio del filamento de TPU ronda los 30-40 euros aproximadamente el kilogramo. 

¿Qué piensas de la utilización de TPU en impresión 3D? Deja tus comentarios en nuestras redes sociales: Facebook, Twitter, Youtube y RSS. Sigue toda la información sobre impresión 3D en nuestra Newsletter semanal.